Verfahren und Vorrichtung zur Zerkleinerung zellstoffhaltigen Rohstoffes

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zellstoff- haltigen Zerkleinerungsproduktes sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Zellstoffproduktes, eine Vorrichtung zur Herstellung eines zellstoffhaltigen Zerkleinerungsproduktes, ein zellstoffhaltiges Zerkleinerungsprodukt sowie ein aus dem Zerkleinerungsprodukt hergestelltes Papier. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Herstellung von Papier.

Zur Papierherstellung sind im Wesentlichen zwei Methoden zur Gewinnung zellstoffhaltigen Materials bekannt. Bei der ersten Methode wird Zellstoff auf chemischem Wege aus zellstoffhaltigen Produkten gelöst und anschließend in Reinform im Rahmen der Papierherstellung weiter verarbeitet.

Bei der zweiten Methode wird ein zellstoffhaltiger Rohstoff, wie beispielsweise Holz, mit sämtlichen Komponenten wie Lignin, Zellstofffaser und Hemizellstofffasern durch mechanische Zerkleinerung zu einer Fasermasse verarbeitet, aus der dann Papier hergestellt wird.

Insbesondere bei der Durchführung der zweiten Methode werden relativ große Energiemengen zur Herstellung der Rohpapiermasse benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die sich aus dem Stand der Technik ergeben- den Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine besonders energiesparende und Zellstofffaser schonende Verfahren und Vorrichtungen anzugeben.

Diese Aufgaben werden gelöst mit Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1, 6, 19 sowie einer Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfin- düng definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt werden.

Vorliegend wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zellstoff- produktes gelöst, beinhaltend die Verfahrensschritte:

a. Bereitstellen eines zellstoffhaltigen Rohstoffes (2), b. Zerkleinern des zellstoffhaltigen Rohstoffes (2) unter Erhalt eines Zerkleinerungsproduktes (14), c. Verarbeiten des Zerkleinerungsproduktes (14) zu Papier,

wobei im Verfahrensschritt b. eine zumindest teilweise Zerkleinerung des zellstoffhaltigen Rohstoffes mittels

i. Stoßdruckwellen (49), ii. wenigstens einem bewegten Läuferelement (36),

oder einer Kombination davon ausgeführt wird, wobei Stoßdruckwellen (49) mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hertz er- zeugt werden.

Durch die bewegten Läuferelemente bzw. den davon ausgehenden Stoßdruckwellen ist es möglich, den zellstoffhaltigen Rohstoff in energetisch besonders günstiger und dazu faserschonender Weise zu zerkleinern. Als zellstoffhaltiger Rohstoff kommt hierfür insbesondere Holz in Betracht. Dieses kann beispielsweise in Form von Hackschnitzeln zusammen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden. Weiterhin ist es aber auch möglich, mit dem erfmdungsgemäßen Verfah-

ren andere zellstoffhaltige Rohstoffe, wie beispielsweise Altpapier oder Verpackungsmaterial, wie etwa Pappe, zu bearbeiten. Die Zerkleinerung von Hackschnitzeln erfolgt beispielsweise dann durch den schnell bewegten Läuferelementen voreilende Stoßdruckwelle bzw. bei einem Kontakt von Hackschnitzel und Läuferelementen mittels mechanischer Zerkleinerung. Je nach den gewählten Bedingung kann so wahlweise eine berührungslose oder eine teilweise berührungslose Zerkleinerung gewählt werden. Diese Bedingungen können beispielsweise die geometrische Anordnung und Form der Läuferelemente oder deren Geschwindigkeit sein. Unter der Zerkleinerung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbe- sondere auch eine Zerfaserung zu verstehen, welche eine vorzugsweise berührungslos oder zumindest überwiegend berührungslose Zerkleinerung und Auflösung des Rohstoffes in seine Faserbestandteile beinhaltet.

Im Rahmen der Erfindung ist es zudem möglich, die Zerkleinerung in mehreren aufeinander ab folgenden Zerkleinerungsstufen vorzunehmen. Der Vorteil der Zerkleinerung mittels Stoßdruckwellen und bewegten Läuferelementen besteht darin, dass der zu zerkleinernde zellstoffhaltige Rohstoff schonender zerkleinert werden kann, wodurch die im Holz vorhandenen Fasern gar nicht oder zumindest unwesentlich verkürzt werden. Die Faserlänge der Holzfaser, die beispielsweise bei Fichte im Bereich von 2 bis 5 mm liegt, ist nämlich von großer Bedeutung für die Qualität der nachfolgend aus dem Zerkleinerungsprodukt hergestellten Papierqualitäten, was sich unter anderem dann an der Reißlänge des erzeugten Papiers widerspiegelt.

Weiterhin hat sich herausgestellt, dass die Zerkleinerung mit einem deutlich geringeren Energieverbrauch erreicht werden kann. Während beispielsweise im Stand der Technik ca. 2800 kWh pro Tonne des zellstoffhaltigen Rohstoffes zur Herstellung von Rohpapier benötigt werden, kann dieser Wert deutlich reduziert werden, indem das vorliegende Verfahren im Rahmen der mechanischen Zerklei- nerung ausgeführt wird.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor oder während der Zerkleinerung wenigstens ein Hilfsstoff zugegeben wird. Als Hilfsstoffe kommen dabei beispielsweise Wasser, Wasserdampf, Bleichmittel, Enzymbehandlungsmittel oder Lösemittel in Betracht. Als Bleichmittel können beispielsweise Wasserstoffperoxyd oder Hydrosulfit angewandt werden ebenso wie Säuren oder Laugen. Letzter können beispielsweise in Form von Schwefelsäure oder Natronlauge mit einer Konzentration von 0-10% verwendet werden. Die Prozentangabe kann sich dabei je nach Anwendungsfall auf den Gewichtsanteil der Säure im Rohstoff oder den Säureanteil der verwendeten Lösung beziehen. Als Lösemittel können darüber hinaus solche Lösemittel zur Anwendung kommen, die zum Lösen von Lignin, welches als Bindemittel zwischen den Holzfasern dient, geeignet sind.

Durch die Zugabe von Hilfsstoffen, wie etwa Wasser, können die Fasern des zell- stoffhaltigen Rohstoffes geschmeidig gehalten werden und ein Brechen bzw. Verkürzen der Fasern während des Zerkleinerungsvorganges kann somit wirksam verhindert werden. Bei einer anderen möglichen Ausführungsform erleichtert die Verwendung von Lösemitteln zum Lösen von Lignin das Auflösen des Faserverbundes im Holz, wodurch die Zerkleinerung und Vereinzelung der Fasern eben- falls erleichtert wird.

Bei einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, wenigstens die Temperatur des zellstoffhaltigen Rohstoffes, dessen Umgebungsdruck oder dessen Hilfsstoffgehalt vor und/oder während des Zerkleinerns einzustellen. So kann beispielsweise die Elastizität der Holzfasern bei sehr hohen Drücken und Luftfeuchtigkeiten vergrößert und die Neigung zur Faserverkürzung signifikant verringert werden. Gleiches gilt auch für eine Zerkleinerung in Gegenwart von hohen Dampfdrücken. Andererseits ist es bei bestimmten Rohstoffen vorteilhaft, diese sehr kalt zu zerkleinern, während es bei anderen wie beispielsweise Fichtenholz vorteilhaft ist, diese sehr warm, beispielsweise bei Temperaturen von 90 ⁰ C und darüber zu verarbeiten, da ab dieser Temperatur das enthaltende Lignin zu plastifizieren beginnt.

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Eine andere vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, Stoßdruckwellen mit einer Frequenz von mindestens 1000 Hertz zu erzeugen. Dabei können bei Bedarf aber auch andere Frequenzen von deutlich über 8000 Hertz bis 16000 oder 20000 Hertz zur Anwendung kommen. Unter der Frequenz wird dabei die Häufigkeit des Auftreffens bzw. Einwirkens von Stoßdruckwellen auf das jeweils zu zerkleinernde Produkt pro Zeiteinheit zu verstehen. Durch die Verwendung der hohen Frequenzen und der damit einhergehenden von den durch die Läuferelemente verdrängten Fluidmengen erzeugten Druckwellen kann die Zerkleinerung in besonders effizienter, energiesparender und gleichzeitig schonender Weise er- reicht werden. Es ist dabei vorteilhaft die Frequenz jeweils in Abhängigkeit von den zu zerkleinernden Rohstoffen zu wählen. Hierzu kann beispielsweise eine erste Eigenfrequenz des Rohstoffes bestimmt werden. Noch bessere Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn auch weitere Eigenfrequenzen, wie beispielsweise zweite und dritte Eigenfrequenzen bestimmt sind.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Zerkleinerung mittels wenigstens zwei gegenläufig bewegter Läuferelemente auszuführen. Durch die gegenläufige Bewegung können besonders hohe Relativgeschwindigkeiten der Läuferelemente zueinander und damit besonders hohe Fre- quenzen erreicht werden.

Weiterhin gelöst wird die Aufgabenstellung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zellstoffproduktes, beinhaltend als Verfahrensschritt:

a. Bereitstellen eines Zerkleinerungsproduktes erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, b. Verarbeiten des Zerkleinerungsproduktes zu Papier.

Ein solches Papier weist besonders gute Qualitätseigenschaften auf, da die ur- sprüngliche Faserlänge während der Zerkleinerung nur unwesentlich oder gar nicht verkürzt worden ist. Neben der reinen Energieeinsparung kann somit die

Qualität des hergestellten Papiers zumindest unverändert beibehalten, wenn nicht sogar verbessert werden.

Vorteilhafterweise weist das Zellstoffprodukt mindestens eines der folgenden Merkmale bzw. Produkteigenschaften auf:

Zl : eine Reißlänge von mehr als 3000 m, insbesondere von mehr als 5000 m

Z2: eine Weiterreißarbeit von mehr als 1050 mJoule/m

Z3: eine Arbeitsaufnahme von mehr als 85 mJoule Z4: einen Grobfaseranteil R14 von höchstens 10% Gew.-Anteil.

Z5: eine mittlere Faserlänge von 1,5mm bis 2,5mm.

Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabenstellung mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines Zerkleinerungsproduktes mit wenigstens einem Läuferelement gelöst, welches relativ zu einem zellstoffhaltigen Rohstoff beweglich ist, wobei Stoßdruckwellen erzeugt werden, die auf den Rohstoff einwirken. Die Läuferelemente wirken dabei je nach gewählter Dichte bzw. Masse und Größe des zellstoffhaltigen Rohstoffes, der Geschwindigkeit der Läuferelemente und weiterer Faktoren wahlweise berührungslos oder zumindest teilweise berührungslos auf den Rohstoff ein und zerkleinern diesen in schonender Weise.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung mindestens zwei Gruppen von Läuferelementen auf. Hierdurch ist es möglich, die Läuferelemente beispielsweise mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu bewegen. Diese können beispielsweise auf zwei unterschiedlich schnell rotierenden Scheiben angeordnet sein und eine Kreisbahn durchlaufen.

Bei einer weiteren ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind wahlweise einzelne Läuferelemente oder Gruppen von Läuferelementen als Stator oder Rotor ausgebildet. Hierdurch können ähnlich wie beispielsweise in Turbinentriebwerken ganz spezielle Strömungs- und Umlenkbedingungen eingestellt werden, die optimal auf die jeweils zu zerkleinernde Rohstoffart abgestimmt ist.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Läuferelemente zumindest teilweise einen Anstellwinkel in ihrer Bewegungsrichtung aufweisen. So können die Läuferelemente beispielsweise ähnlich einer Tragfläche eines Flugzeuges einen Anstellwinkel in Bewegungsrichtung aufweisen und so für einen Auftrieb oder Abtrieb sorgen. Bei der Bewegung entlang einer Kreisbahn sorgt somit nicht nur die sich einstellende Zentrifugalkraft dafür, dass sich die zerkleinerten Rohstoffelemente nach außen hin bewegen, sondern es wird zusätzlich durch den Anstellwinkel der Läuferelemente eine Luftströmung erzeugt, welche von innen nach außen gerichtet ist und diese Bewegung unterstützt.

Weiterhin ist vorteilhafter Weise vorgesehen, wenigstens zwei Gruppen von Läuferelementen gegenläufig bewegt anzuordnen. Vorzugsweise sind dabei die relativ zueinander bewegten Gruppen benachbarte Gruppen, da so die größten Relativgeschwindigkeiten und damit die größten Frequenzen von auf den Rohstoff einwir- kenden Stoßdruckwellen bei gleichzeitig relativ niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten erreichbar sind.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Dosiervorrichtung zur Zugabe wenigstens eines Hilfsstoffes auf. Die Zugabe kann dabei beispielsweise vor oder während der Zerkleinerung erfolgen und einen oder mehrere Hilfsstoffe in unterschiedlichen Aggregatszuständen zuführen.

Weiterhin ist bei bestimmten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise vorgesehen, wenigstens eine Heiz- und/oder Kühlvor- richtung vor und/oder in der Vorrichtung anzuordnen. Die Heizvorrichtung kann beispielsweise mittels Mikrowelle, Heißdampf, elektrischem Strom oder brennstoffbefeuert dem zu zerkleinernden zellstoffhaltigen Rohstoff Energie zuführen und diesen aufheizen. Alternativ können aber auch Kühlvorrichtungen vorgesehen sein, um den Rohstoff auf gewünschte Mindesttemperaturen herunter zu kühlen, welche in bestimmten Fällen für eine energiesparende oder faserschonende Zerkleinerung erforderlich sind.

Weiterhin ist bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, in Durchlaufrichtung der Zerkleinerungsprodukte hinter den Läuferelementen eine Sammelvorrichtung für das Zerkleinerungsprodukt vorzusehen. Die zerkleinerten Holzfasern neigen teilweise zur Anhäufung, weshalb die Sammel- Vorrichtungen zur definierten Weiterleitung der Zerkleinerungsprodukte vorteilhaft sind.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, zusätzlich eine Transporteinrichtung zum Abtransport der Zerkleinerungsprodukte vorzusehen. Eine Transporteinrichtung ist vorzugsweise im Bereich der Sammelvorrichtung angeordnet und kann die darin eventuell angehäuften Zerkleinerungsprodukte beispielsweise mechanisch oder durch Saugen, Blasen oder Spülen abtransportieren. Hierdurch wird ein reibungsloser kontinuierlicher Betrieb ohne Störungen durch unerwünschte Ansammlung von Zerkleinerungsprodukten sicher gestellt.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, wenigstens ein Sensormittel an der Vorrichtung anzuordnen, welches mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Vorrichtung verbunden ist. Ein solches Sensormittel kann beispielsweise ein Feuchtigkeitssensor, ein Drucksen- sor, ein Temperatursensor oder auch ein Faserlängensensor sein. Die Steuerungseinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie mit den von dem wenigstens einen Sensormittel ermittelten Messwerten eine Steuerung der Vorrichtung ausführt, um bestimmte Zerkleinerungsproduktqualitäten zu produzieren. So können beispielsweise in dem Fall, dass ein Faserlängenmesssensor sich verkürzende Faserlängen feststellt, Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Dies kann etwa durch verstärkte Zugabe von Hilfsstoffen geschehen, um die produzierten Faserlängen wieder auf die vorgegebenen Längenmaße zu bringen. Die Steuerung kann aber auch andere Komponenten der Vorrichtung, wie beispielsweise Antriebsvorrichtungen der Läuferelemente, Heizungen oder Dosierpumpen steuern.

Schließlich ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass diese zumindest teilweise von einer druckfesten Kammer umschlossen ist.

Hierdurch wird es möglich, die Zerkleinerung des Rohstoffes zu dem Zerkleinerungsprodukt beispielsweise in einer Druckdampfumgebung auszuführen. Das Verfahren kann vorteilhaft bei Drücken von 0 bis 5 bar oder Temperaturen von 90 ⁰ C bis 160 ⁰ C oder beidem betrieben werden.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren noch näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, auf diese jedoch nicht beschränkt ist. In der Zeichnung zeigt schematisch:

Figur 1 : eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Papiermaschine;

Figur 2: eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Figur 3 : eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;

Figur 4: eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungs- form;

Figur 5 : eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;

Figur 6: eine Seitenansicht von Läuferelementen; und

Figur 7: eine vergrößerte Darstellung von Läuferelementen mit Zerkleinerungsprodukten.

In Figur 1 ist schematisch eine Anlage zur Papierherstellung dargestellt. Auf der linken Seite befindet sich ein Vorratsbehälter 1, in dem ein zellstoffhaltiger Rohstoff 2 bevorratet wird. Der zellstoffhaltige Rohstoff 2 ist bei der Ausführungs-

form in Form von Hackschnitzeln 3 ausgebildet. Der Vorratsbehälter 1 ist über ein erstes Leitungsmittel 4 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 verbunden, wobei die Hackschnitzel 3 über das erste Leitungsmittel 4 zur Vorrichtung gelangen können. In der Vorrichtung 5 werden die Hackschnitzel zerkleinert und im Weiteren über ein zweites Leitungsmittel 6 direkt oder über weitere nicht dargestellte Bearbeitungsstufen in einen Rohmassebehälter 7 geleitet. Im Rohmassebehälter 7 wird eine Rohmasse 8 bereit gehalten, bevor sie über ein drittes Leitungsmittel 9 schließlich zu einer Papiermaschine 10 gefördert wird, wo sie unter anderem mittels eines Siebes 11 zu einer Papierbahn 12 verarbeitet wird, die an- schließend auf eine Rolle 13 aufgewickelt wird. Die im Rohmassebehälter 7 befindliche Rohmasse 8 enthält das in den vorherigen Arbeitsschritten zerkleinerte Zerkleinerungsprodukt 14. Die gesamte Vorrichtung nach Figur 1 lässt sich somit in zwei Bereiche unterteilen, wobei der Bereich vom Vorratsbehälter 1 bis zum Rohmassebehälter 7 die Bereitstellung des Zerkleinerungsproduktes 14 betrifft und die Papiermaschine 10 die Verarbeitung des Zerkleinerungsproduktes 14 zu Papier 15 bildet.

In Figur 2 ist nun ein anderer erfindungsgemäß ausgebildeter Bereich zur Bereitstellung eines Zerkleinerungsproduktes 14 dargestellt, wobei wiederum ein Vor- ratsbehälter 1 mit einem zellstoffhaltigen Rohstoff 2 in Form von Hackschnitzeln 3 am Anfang verwendet wird. Bei dieser Anordnung erfolgt die Zerkleinerung der Hackschnitzel 3 jedoch in zwei Stufen, wobei die erste Stufe von einem Mahlwerk 16 gebildet wird, in dem die Hackschnitzel 3 zwischen einem Walzenpaar 17 zu einer Zwischenstufe 18 vermählen bzw. verpresst werden, bevor sie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 weiter zum endgültigen Zerkleinerungsprodukt 14 zerkleinert werden. Die Weiterleitung der jeweiligen Produkte erfolgt hierbei durch das erste Leitungsmittel 4 vom Vorratsbehälter 1 zum Mahlwerk 16, durch ein viertes Leitungsmittel 19 vom Mahlwerk 16 zur Vorrichtung 5, durch ein zweites Leitungsmittel von der Vorrichtung 5 zum Rohmassebehälter 7 sowie durch das dritte Leitungsmittel 9 vom Rohmassebehälter zur nicht dargestellten Papiermaschine 10.

In Figur 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei wiederum lediglich der Zerkleinerungsbereich für den zellstoffhaltigen Rohstoff 2 dargestellt ist. Der zellstoffhaltige Rohstoff 2 wird wiederum im Vorratsbehälter 1 in Form von Hackschnitzeln 3 bereit gehalten, anschließend in dem Mahlwerk 16 zu einem Zwischenprodukt 14 zermahlen bzw. gepresst und danach in der Vorrichtung 5 zum Zerkleinerungsprodukt 14 zerkleinert, bevor es im Rohmassebehälter 7 als Rohmasse für die nachfolgende Verarbeitung zu Papier 15 bereitgehalten wird.

Zusätzlich weist diese Ausführungsform noch eine Dosiereinrichtung 20 auf, in der drei unterschiedliche Hilfsstoffe 21, 22 und 23 bevorratet sind. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Dosiervorrichtung 20 so ausgebildet, dass sie den ersten Hilfsstoff 21 über eine erste Dosierleitung 24 in das erste Leitungsmittel 4 eindosieren kann. Weiterhin weist sie eine zweite Dosierleitung 25 auf, die ver- zweigt ist und den zweiten Hilfsstoff 22 wahlweise in das Mahlwerk 16, das vierte Leitungsmittel 19 oder die Vorrichtung 5 eindosieren kann. Schließlich verfügt die Dosiervorrichtung 20 über eine dritte Dosierleitung 26, mittels der der dritte Hilfsstoff 23 in das zweite Leitungsmittel 6 eindosierbar ist. Die Steuerung der Dosiervorrichtung 20 erfolgt mittels einer Steuereinrichtung 27, die über die strichpunktiert dargestellten Steuerleitungen 28 verschiedene Komponenten der Anlage steuern kann. So führt eine Verzweigung der Steuerleitung 28 zur Dosiervorrichtung 20, eine andere Verzweigung zur Vorrichtung 5 und wiederum eine andere Verzweigung zum Mahlwerk 16. Dort können beispielsweise Komponenten wie Dosierpumpen, Antriebe, Heizungen etc. mittels der Steuereinrich- tung 27 in vorgegebener Weise gesteuert werden. Zur Steuereinrichtung 27 führen als Eingangsgrößen eine erste Signalleitung 29, eine zweite Signalleitung 30 und eine dritte Signalleitung 31. Diese Signalleitungen verbinden unterschiedliche Sensormittel 32 mit der Steuereinrichtung 27. Die Sensormittel 32 stellen der Steuereinrichtung 27 Meßwerte oder sonstige Informationen als Eingangsgrößen bereit, anhand derer die Steuerung der Komponenten gemäß vorgegebener Regeln erfolgt. Beispielsweise kann das am Vorratsbehälter 1 angebrachte Sensormittel 32 ein Feuchtigkeitssensor sein, welcher die Feuchtigkeit der im Behälter 1 be-

findlichen Hackschnitzel 3 ermittelt. Das Sensormittel 32, welches beispielsweise am Mahlwerk 16 angeordnet ist, kann die Konzentration eines Hilfsstoffes, in diesem Falle des ersten Hilfsstoffes 21, erfassen und das hinter der Vorrichtung 5 angeordnete Sensormittel 32 kann beispielsweise die Faserlänge oder auch die mittlere Faserlänge des in der Vorrichtung 5 erzeugten Zerkleinerungsproduktes 14 erfassen.

Hat es sich bei einem bestimmten Rohstoff beispielsweise bewährt, durch Zugabe eines bestimmten Hilfsstoffes 21 wie etwa Wasser oder Wasserdampf, eine Faser- längenvergrößerung zu erzielen und wird am Sensormittel 32 hinter der Vorrichtung 5 eine starke Abnahme der produzierten Faserlänge ermittelt, so kann die Steuereinrichtung 27 durch verstärkte Zugabe von Wasser oder Wasserdampf mittels der Dosiereinrichtung 20 wieder auf die Erzeugung der gewünschten Mindest- faserlänge hinwirken, indem dieser Hilfsstoff 21 vermehrt zugegeben wird. Neben dem gezeigten Beispiel der Zugabe von Wasser als Hilfsstoff 21 sind aber auch zahlreiche andere Steuerungen von Parametern denkbar. Diese sind beispielsweise die Steuerung der Temperatur oder die Parameter von mechanischen Vorbehandlungen, wie etwa den Walzenabständen oder Drücken, mit denen eine mechanische Vorbearbeitung stattfindet, die Zugabe von Lösemitteln, Bleichmitteln, Lau- gen, Säuren und sonstigen im Rahmen der Papierherstellung bekannten Hilfsstof- fen und Maßnahmen.

In Figur 4 ist nun die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 in einer vergrößerten und detaillierten Darstellung wiedergegeben. Dabei wird über das vierte Leitungsmit- tel 19 die Zwischenstufe 18 in die Vorrichtung 5 gefördert. Das vierte Leitungsmittel dient dabei als Zuführung für die Zwischenstufe 18 oder ggf. für den Rohstoff 2. Dort sind an Lagerstellen 33 eine erste Scheibe 34 und eine zweite Scheibe 35 drehbar befestigt. Jeder der Scheiben 33 und 34 weist eine Mehrzahl auf einer Kreisbahn angeordneter Läuferelemente 36 auf. Nach dem Verlassen des vierten Leitungsmittels 19 gelangen die Zwischenstufen 18 zunächst in einen Innenraum 37, der zwischen den Läuferelementen 36 ausgebildet ist. Von dort werden sie durch die schnell rotierenden Scheiben 34 und 35 in eine Rotationsbewe-

gung versetzt und bewegen sich aufgrund der auftretenden Zentrifugalkräfte durch das von den Läufern 36 gebildete Labyrinth in radialer Richtung nach außen hin, wobei eine Zerkleinerung der Zwischenstufe 18 zu einzelnen Fasern 38 erfolgt, von wo die Zerkleinerungsprodukte 14 bereits abgeführt werden können. Da auf- grund der Rotation in der rechten Hälfte der Vorrichtung 5 ein höherer Luftdruck herrscht als in der linken, ist es erforderlich, ein Dichtmittel 39 vorzusehen, welches mit der ersten Scheibe 34 in der Weise zusammenwirkt, dass es einen übertritt der Fasern 38 von der rechten Hälfte in die linken Hälfte verhindert.

Im Weiteren werden die Fasern 38 dann über das zweite Leitungsmittel 6 weiter in Richtung des Rohmassebehälters 7 weitergeleitet.

In Figur 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich am vierten Leitungsmittel 19 eine Heizeinrichtung 39 vorgesehen, um das Zwischenprodukt 18 vor dem Eintritt in die Vorrichtung 5 aufzuheizen. Hierdurch kann beispielsweise mittels einer Aufheizung auf Temperaturen von 90 ⁰ C und höher eine Plastifizierung des im zellstoffhaltigen Rohstoff 2 enthaltenen Lignins erreicht werden, was die Auflösung des Zwischenproduktes 18 zu den einzelnen Fasern 38 erleichtert. Die Heizeinrichtung 39 kann beispielsweise mit Heißdampf aber auch mit Mikrowelle oder brennstoffgefeuert betrieben werden.

Alternativ kann es bei bestimmten zellstoffhaltigen Rohstoffen 2 auch sinnvoll sein, an dieser Stelle eine Kühlung auf tiefe Temperaturen vorzunehmen, wobei dann anstelle der Heizeinrichtung 39 eine entsprechende Kühleinrichtung vorteilhaft sein kann.

Weiterhin unterscheidet sich die in Figur 5 dargestellte Vorrichtung 5 gegenüber der nach Figur 4 dadurch, dass zusätzlich eine Transporteinrichtung 40 vorgese- hen ist. Die Transporteinrichtung 40 besteht dabei aus einem angetriebenen Gehäuse 41, das entlang einer umlaufenden Schiene 42 den gesamten Umfang der Vorrichtung 5 umfahren kann und dabei mit einem Arm 43 ggf. auftretende Fa-

seransammlungen 44 lösen, lockern und zum Abtransport in den Luftstrom bewegen kann. Für einen geordneten und kontrollierten Abtransport der vereinzelten Fasern ist zudem eine Sammelvorrichtung 51 vorgesehen, die über eine Schräge, die in radialer Richtung aus den Scheiben 35 und 35 austretenden Fasern zumin- dest teilweise in Richtung des Auslasses umlenkt. Neben dem gezeigten mechanisch wirkenden Arm 43 können als Transportmittel aber auch andere bekannte Mittel eingesetzt werden, wie etwa Blasdüsen, welche mit Dampf, Wasser oder Druckluft betrieben sind. Durch die Unterstützung des Faserabtransportes kann die Vorrichtung 5 somit über lange Zeiträume und damit sehr wirtschaftlich stö- rungsfrei betrieben werden.

In Figur 6 ist eine mögliche Ausführungsform zur Anordnung von Läuferelementen 36 dargestellt. Es handelt sich dabei um eine Schnittdarstellung durch die Läuferelemente zweier Scheiben 34 und 35. Bei dieser Ausführungsform sind ledig- lieh zwei Reihen von Läuferelementen vorgesehen. Eine erste Reihe 45 ist dabei einer ersten Scheibe 34 zugeordnet und eine zweite Reihe 46 einer zweiten Scheibe 35. Entsprechend den Pfeilen 47 drehen sich die beiden Reihen in gegenläufiger Richtung, so dass auch die Läuferelemente 36 sich gegenläufig zueinander bewegen. In der Mitte ist exemplarisch ein Hackschnitzel 3 dargestellt, welches während der Zerkleinerung in etwa eine Wegstrecke entsprechend dem Pfeil 48 zurücklegt.

In Figur 7 ist eine andere mögliche Anordnung von Läuferelementen 36 dargestellt. Die Läuferelemente 36 sind dabei in zwei Reihen 45 und 46 angeordnet, die kreisbogenförmig ausgebildet sind und von denen nur ein Segment dargestellt ist. In der oberen Reihe 45 sind zwei Läuferelemente 36 dargestellt, die sich in der Bildebene nach rechts bewegen. In der unteren Reihe 46 sind zwei Läuferelemente 36 angeordnet, die sich in der Bildebene nach links bewegen. Das rechte der beiden Läuferelemente in der Reihe 46 weist dabei einen Anstellwinkel α gegen- über seiner Bewegungsrichtung 50 auf. Durch diesen Anstellwinkel α wird ein zusätzlicher Luftstrom, ähnlich wie bei einer Turbinenschaufel erzeugt, der in der Bildebene von unten nach oben gerichtet ist. Durch die Ausbildung eines An-

Stellwinkels α wird der Transport der zellstoffhaltigen Rohstoffe 2 und der Abtransport der zerkleinerten Fasern 38 zusätzlich unterstützt. Beispielhaft für die Vielzahl der zu zerkleinernden Rohstoffpartikel ist als zellstoffhaltiger Rohstoff 2 ein Faserverbund dargestellt, der sich entlang der Linie 48 durch die Läuferele- mente 36 hindurch bewegt. Hierbei wird der Rohstoff 2 von Druckwellen 49 er- fasst, welche durch die Bewegung der Läuferelemente in dem umgebenden gasförmige Medium entstehen. Je nach Trägheit der Partikel des zellstoffhaltigen Rohstoffes 2, dessen Geometrie und den gewählten Geschwindigkeiten der Läuferelemente kommt es durch die Druckwellen 49 und die Läuferelemente 36 zu einer berührungslosen oder zumindest teilweise berührungslosen Aufspaltung der Partikel zu einzelnen Fasern 38. Wichtig ist hierbei, dass die Faserlänge der einzelnen Fasern nahezu unverändert beibehalten wird, wodurch die Qualität des daraus hergestellten Papiers bzw. Zellstoffproduktes erheblich verbessert werden kann.

Neben der Geometrie der Läuferelemente, die beispielsweise auch tropfen- oder tragflächenprofüähnlich ausgebildet sein können, ist auch deren Beabstandung in Bewegungsrichtung und Umlaufgeschwindigkeit entlang der Bahnen 45, 46 eine wesentliche Kenngröße für die Qualität des erzeugten Zerkleinerungsproduktes 14. Neben den baulich fest vorgegebenen Geometrien kann aber auch die Rotationsgeschwindigkeit der einzelnen Scheiben zusammen mit den darauf befestigten Läufern und die Relativgeschwindigkeiten der auf unterschiedlichen Scheiben befestigten Läuferelemente zueinander als Steuergröße von der zuvor beschriebenen Steuereinrichtung 27 gesteuert werden, wodurch sich ebenfalls der Zerkleine- rungsprozess beeinflussen und kontrollieren lässt.

Im übrigen wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen der Erfindung im Rahmen der Patentansprüche möglich. So kön- nen beispielsweise anstelle der beschriebenen Parameter als Steuerungsgrößen noch weitere dem Fachmann bekannte Steuerungsparameter mittels der Steuerungseinrichtung überwacht werden. Darüber hinaus ist neben den angegebenen

Impulsfrequenzen auch eine variable Wahl von Impulsfrequenzen denkbar, wobei zunächst eine Eigenfrequenzanalyse des zu zerkleinernden Rohstoffes vorgenommen wird und anschließend die entsprechenden wenigstens eine Eigenfrequenz durch beispielsweise eine entsprechende Geschwindigkeitswahl der rotie- renden Scheiben in der Vorrichtung 5 aufgegeben wird, um somit eine möglichst optimale und energiesparende Zerkleinerung zu erreichen.

Bezugszeichenliste

1. Vorratsbehälter

2. zellstoffhaltiger Rohstoff

3. Hackschnitzel

4. erstes Leitungsmittel

5. Vorrichtung

6. zweites Leitungsmittel

7. Rohmassebehälter

8. Rohmasse

9. drittes Leitungsmittel

10. Papiermaschine

11. Sieb

12. Papierbahn

13. Rolle

14. Zerkleinerungsprodukt

15. Papier

16. Mahlwerk

17. Walzenpaar

18. Zwischenstufe

19. viertes Leitungsmittel

20. Dosiervorrichtung

21. erster Hilfsstoff

22. zweiter Hilfsstoff

23. dritter Hilfsstoff

24. erste Dosierleitung

25. zweite Dosierleitung 26. dritte Dosierleitung

27. Steuereinrichtung

28. Steuer leitung

29. erste Signalleitung

30. zweite Signalleitung 31. dritte Signalleitung

32. Sensormittel

33. Lagerstelle

34. erste Scheibe

35. zweite Scheibe 36. Läuferelement

37. Innenraum

38. Faser

39. Heizeinrichtung

40. Transporteinrichtung 41. Gehäuse

42. Schiene

43. Arm

44. Faseransammlung

45. erste Reihe 46. zweite Reihe

47. Pfeil

48. zweiter Pfeil α Anstellwinkel

49. Druckwelle 50 Bewegungsrichtung

51 Sammelvorrichtung